Ein Pyrheliometer ist ein Instrument zur Messung der direkten Sonneneinstrahlung an einem bestimmten Ort. Da sie direkt auf die Sonne gerichtet werden müssen, werden Pyrheliometer typischerweise auf einem Nachführgerät montiert, das den Bewegungen der Sonne folgt. Nachdem Sonnenlicht in das Pyrheliometer eintritt, wird es von einer Thermosäule in eine elektrische Spannung umgewandelt. Diese Spannung kann dann kalibriert werden, um die Einheit Watt pro Quadratmeter zu ergeben, die Standardeinheiten der Sonneneinstrahlung. Pyrheliometer werden für die wissenschaftliche Forschung und zum Aufstellen von Sonnenkollektoren verwendet.
Die Sonneneinstrahlung ist ein Maß für den Fluss der Sonnenstrahlung oder die Sonnenenergie pro Zeiteinheit pro Flächeneinheit. Es hängt vom Messort ab – die Sonneneinstrahlung in der Nähe der Sonnenoberfläche ist viel größer als in der Entfernung zur Erde. Tatsächlich gibt es Variationen der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche; diese hängen von der Menge des Sonnenlichts in der Atmosphäre ab, das durchdringen muss, und in geringerem Maße von Unterschieden in der Entfernung von der Sonne. Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung im Abstand der Erde von der Sonne beträgt etwa 1,366 Watt pro Quadratmeter.
Auf der Erdoberfläche positionierte Pyrheliometer messen die Sonneneinstrahlung nach dem Eindringen in die Atmosphäre. In der Atmosphäre wird etwas Sonnenlicht gestreut; Diese Art von diffusem Sonnenlicht kann mit einem anderen Instrument, einem Pyranometer, gemessen werden. Das nicht gestreute Sonnenlicht tritt in das Pyrheliometer ein und trifft auf eine Thermosäule.
Eine Thermosäule ist ein Gerät, das den Seebeck-Effekt nutzt, um eine elektrische Spannung basierend auf Temperaturunterschieden zu erzeugen. Der Seebeck-Effekt bezieht sich auf das Phänomen, bei dem zwei verschiedene Metalle bei unterschiedlichen Temperaturen beim Verbinden einen elektrischen Strom erzeugen. Bei einem Pyrheliometer ist ein Ende der Thermosäule der Sonne zugewandt, während das andere Ende im Schatten bleibt. Diese Anordnung lässt die beiden Metalle bei unterschiedlichen Temperaturen und führt daher zu einem Stromfluss in der Thermosäule. Bei höherer Sonneneinstrahlung wird eine höhere elektrische Spannung gemessen.
Pyrheliometer werden häufig verwendet, um Veränderungen der Sonnenstrahlungsleistung zu untersuchen, wie zum Beispiel den 11-jährigen Sonnenzyklus. Eine weitere Anwendung des Pyrheliometers ist die Platzierung und das Design von Solarpaneelen. Verschiedene Teile der Erde erhalten unterschiedliche Mengen an Sonneneinstrahlung, und diese Daten können von Pyrheliometern gesammelt und verwendet werden, um Karten der durchschnittlichen Strahlungsniveaus zu erstellen. Polare Breiten weisen im Allgemeinen weniger Sonnenstrahlung auf, während andere Gebiete aufgrund des häufig bewölkten Himmels niedrigere Werte aufweisen. Diese Karten können helfen, zu informieren, wo es sinnvoll ist, Sonnenkollektoren zu platzieren.